測繪新時代下《測量學》課程教學改革探討

康紅霞　韋剛　王崴

摘 ?要：測繪新時代背景下對測量學課程內容、教學方法和教學保障提出了更高的要求。文章通過介紹課程特點和面臨的挑戰，詳細分析了教學內容和教學方法。最后，作者從實驗室建設、實習場地建設和虛擬實訓軟件三個方面提出了教學保障措施。

關鍵詞：測量學;課程教學;改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）04-0134-04

Abstract： In the new era of surveying and mapping， higher requirements are put forward for the course contents， teaching methods and teaching guarantee. The paper analyzes the content and method of the course by introducing the characteristics and challenges. Finally， the teaching guarantee measures are put forward from three aspects： laboratory construction， practice area construction and virtual training software.

Keywords： surveying; course teaching; reform

一、測量學課程特點及面臨的挑戰

（一）測量學課程的重要性

隨著國家經濟建設的快速發展，各行業對測繪專業復合型人才的需求量不斷增大，對測繪類專業人才培養提出了新的要求。目前我國從事測繪工程本科人才培養的院校約150所。[1]截止2002年，在全國一千余所普通高校中，有四百所以上開設測量學課程。[2]同時，文獻[2-3]指出測繪教學與生產脫節、測繪教學落后于測繪學科發展、實習儀器質量低、數量少，軟件缺乏，實習基地不完善，學生實習隨意性大，缺乏檢查機制，教學質量難以保證。同時，指出在實際工作中全站儀和GPS的應用占據了主導地位。從近十年文獻中可以了解到，不管是測繪專業還是非測繪專業，本科層次還是大專層次，測量學都是一門非常重要的必修類基礎課，對后續專業課程有著非常重要的作用，關系著學生畢業后的實際生產能力。在各個非測繪專業類探討教學改革中，文獻[4-6]，指出了不同應用專業的測量學課程突出矛盾問題是，課時壓縮帶來的質量問題，并提出必須對教學和實習課內容合理規劃。

（二）測量學課程特點

測繪專業和非測繪專業中的測量學課程主要內容都是針對普通測量學，即研究地球表面較小區域內測繪工作的基本理論、技術、方法和應用的學科，主要研究基礎測繪儀器的原理、操作和應用、圖根控制網的建立，地形圖測繪。由于測量學的主要成果是地形圖，以大比例尺數字測圖為目標開展圖根控制網和碎步測量展開，相應的儀器操作和軟件數據處理和成圖都納入到測量學教學體系中。測量學課程具有理論性、系統性、實踐操作性和應用多樣性。其理論性和系統性體現在地圖投影理論、地面點確定的理論與方法、水準測量原理、角度測量原理、距離測量原理、誤差傳播原理、控制測量的原理與方法、大比例尺地圖測繪原理與方法等。測量學的工程技術特性使得教學內容實踐操作性強，在理論課后必須配合儀器操作、數據處理才能達到教學目標。而實踐課操作的內容依各學校教學對象、教學目標、實驗儀器、軟件配備而有所不同。應用多樣性是指測量學在建筑、橋梁、管線、地質勘探、礦山等行業應用廣泛，是這些行業中測繪工程技術人員必須掌握的一門基礎課。

（三）新時代下測量學課程面臨的挑戰

測繪理論及技術已經涵蓋了全球衛星導航系統（GNSS）、遙感（RS）及地理信息系統（GIS）等相關學科，形成了更加豐富、先進的現代測繪科學。測量理論方法技術不斷的革新，測繪類儀器也發生了翻天覆地的變化，各生產部門測繪儀器也逐漸轉變為新儀器新設備，這必然要求院校教學圍繞著新儀器設備進行教學，除了傳統的水準儀、經緯儀、全站儀基礎上增加高端測量儀器，比如精密水準儀、彩屏全站儀，陀螺全站儀、RTK實時差分儀器。要求院校必須緊跟新時代，教學中要合理安排教學內容，采用不同的教學方法和模式，讓學生既掌握老的儀器方法的操作，又掌握新技術、新方法以及新儀器的操作。

再者，隨著社會的不斷發展，教育信息化的進程也在不斷加快，如今，教學的各個層面與各個環節都不同程度地應用到了信息化技術，并對現代教學模式產生了巨大的影響。推動信息技術與教育教學深度融合，引導和激發課程教學模式改革，提升課堂教學質量和效果，應用創新教學方法手段，拓展教學時間空間，教學過程中可以探索虛擬仿真實訓輔助教學新模式，推動由“教為中心”向“學為中心”轉變，由“課堂教學為主”向“多種學習融合”轉變，由偏重“知識傳授”向注重“能力培養”轉變。

二、教學內容與教學方法

（一）教學內容分析

測量學課程基本內容和課時建議，如表1所示。

從表1可以看出：

1. 測量學實習課時遠遠多于理論課時。實習課的改革、創新，實驗條件建設和實驗室建設也是很多院校近年來的關注點。

2. 地形圖測繪這一部分內容是現代測繪儀器集中應用的體現，實驗室儀器數量、質量以及相關計算機數量和軟件保障情況直接影響著教學質量，成圖的質量也是實習課質量評價主要依據之一。

3. 測繪專業類測量學內容廣泛，各應用領域工程測量都必須掌握，而實習場景和場地無法完全滿足的情況下可以采用虛擬實訓軟件施訓，或者在校外建立實訓基地。

（二）教學方法探討

1. 應用多種教學方法，提高理論課教學質量

理論課可以采用探究式、啟發式、互動式、探討式等多種教學方法，結合傳統板書、多媒體動畫、視頻進行講解。比如，高斯克呂格地圖投影，投影分帶這部分內容比較抽象，可以應用動畫將枯燥的不容易理解的內容進行展示。對于不同的大地坐標系統也可以通過立體的動畫展示出不同坐標系中坐標原點、坐標軸指向不同，增強學生直觀感受，提高學習興趣。又比如介紹儀器的內容可以結合儀器實物，儀器內部組成和主要軸線可以應用多媒體動畫展示，儀器操作可以通過操作視頻講解，儀器錯誤操作也可以通過視頻播放。總之，除了傳統的教學方法，在教學方式上，要根據教學不同內容，多種方式幫助學生理解原理，理解儀器操作過程，整個教學過程貫穿以“學生為中心”“教師為主導”的教學理念，充分發揮各種信息技術和手段提高教學質量。

2. 明確實習課操作流程，規范教學組織方法

實習課教學目標應符合人才培養方案和課程標準的總體要求。課前強調操作技能的能力要求、儀器規范操作和注意事項、人員保障和環境及配套保障方面的要求、人員協同的要求等。在下達實習任務科目時，教師必須下達實驗內容、實驗目的和要求、實驗儀器保障、實驗分組、實驗過程操作、實驗已有數據情況。對于單人儀器操作實習和多人協同測量科目內容和考核標準有差別。水準儀、經緯儀、全站儀儀器的操作與使用，經緯儀和全站儀角度測量這些科目適合單人操作練習，可以通過操作規范性、流暢性、數據的質量進行考核。水準測量、全站儀導線測量以及數字測圖等經典測量實習都是協同科目，不但要操作規范，更注重多人配合，完成測量科目所花費的時間和提交成果精度是考核實習效果的依據。近年來，每年組織的省級和國家級職業技能測量大賽操作技能科目主要考核選手的技能水平和團隊合作能力。總之，合理分配實驗時間、人員分工，成果的提交、高質量實驗報告的撰寫對提升測量實習效果有很大幫助。

三、教學保障措施

（一）加強實驗室建設，保持教學內容先進性

實驗室軟硬件條件建設是保證實習教學開展的基礎。近年來，隨著測繪新理論、新技術以及儀器的發展，尤其是以“3S”（GPS、GIS、RS）為代表的空間測繪科學技術、計算機技術、多傳感器技術迅速發展和逐漸推廣普及，現代測繪實際上已成為以“3S”技術為核心內容的高新測繪科技體系。[7]要求實驗室建設既能滿足當前傳統測繪對實驗室軟硬件的保障，也能滿足未來一段時期測繪發展對實驗室功能的需求。

1. 緊跟測繪技術發展，更新實驗儀器

支撐測量學實驗的儀器如表2所示。

水準儀、經緯儀、全站儀是測量學實驗課開展的必備儀器，實驗科目所占比重大，對于非測繪類測量學，這三種儀器基本滿足了需求，但是對于測繪類專業，測地型GPS接收機、RTK GPS都是市場主流測量儀器。隨著儀器生產廠家逐漸開發和生產高端儀器，從表2可以看出，傳統的測繪儀器逐漸被電子儀器替代，實驗室儀器必須緊跟市場發展配備相關儀器，保證學生實習操作和畢業從事生產有效地接軌。

2. 加強計算機及網絡軟硬件條件建設

首先需要強調的是，計算機及網絡軟硬件條件建設絕不局限于僅支撐測量學課程的實驗開展。根據文獻[1]最新測繪科學技術發展報告中顯示，目前我國大比例尺測圖新技術發展為多種技術多種手段的數據獲取和處理，比如無人機測繪、傾斜攝影測量等都需要進行快速數據處理、多維建模和分析，航空攝影測量以及遙感成圖都離不開遙感軟件的支持。新時代測繪技術，必然對計算機硬件、專業軟件以及網絡建設有了更高的要求。應用計算機及網絡條件可以完成測量學課程兩方面內容支撐。一是以全站儀和RTK GPS為代表的地面大比例尺數字測圖都離不開計算機軟硬件的支持。全站儀、RTK GPS接收機數據獲取、數據處理和成圖都需要數字測圖軟件以及GIS軟件的支持。這些數據成果都將成為后續GIS課程的數據來源之一，可以在此基礎上進行空間分析和三維建模，能極大地提高學生學習興趣，多門課統一規劃，形成系統性強的實習課課程體系。二是先進、成熟的網絡體系不但支撐軟件操作教學，更是開展虛擬仿真實訓輔助教學的基礎保證。通過虛擬仿真和最先進的計算機軟件技術搭建各應用專業實訓軟件，讓每項理論課程都能夠在平臺實現實踐操作。

（二）建立標準化實驗場地，規范實習條件

1. 校園實習場地保障

規范化的實驗場地是開展各種測量實習的必要條件，滿足多種儀器的操作。比如，對于開展控制測量和數字測圖的要求，必須有一定密度的高精度的控制網。但是，由于樹木遮擋，GPS實習往往不能開展，需要到開闊地域，但是可以開展導線測量，這就需要規范區域的控制網布設，以便于對每組實驗小組成果檢核。經緯儀、全站儀的水平角、豎直角的測量、全站儀的交會測量、坐標測量的實習場地，需要建立固定場地，場地標有儀器架設的固定位置和固定的地標點，可以為單人儀器操作提供規范場地和數據，高標準實驗場地、起始數據，使得測量學實習納入了規范化教學，教師可以隨時檢查學生實驗數據，避免操作出錯，既提高了效率，也保證了教學開展的質量。[7]除了為單人儀器實習操作建立的固定場地和地標點外，多樣的地理環境要素能豐富大比例尺地形圖測繪實習內容，比如，一般校園環境都有道路、林地、草地、建筑物等地理要素，有的實習場地還有人工湖、山丘，教師可以劃區域分小組組織實施。總之，校園的實習場地組織實施快，是測量學實習課的主要操作場地。

2. 校企聯合實訓基地建設

對于測繪專業的學生，土木、建筑、道路橋梁、管線等行業都是未來就業的方向。通過測量學這門課程的學習要打好測量基礎，相應的實習內容安排，實習場地保障都必須符合行業實際需求，普通校園實習場地未必能滿足實習需求。近年來，一些企業、測繪儀器廠商都和院校建立了聯合培養人才模式，這種借助企業培養的模式對測繪專業建設、人才培養和社會服務向高質量發展產生了積極作用，產教融合模式、校企共建共享實習實訓平臺可實現校企雙方共贏共利。通過校企聯合培養，依托企業豐富的實習場地和工程任務，完善實習內容，培養的專業素質定會符合職業發展和市場需求。

（三）應用虛擬仿真實訓，開展輔助教學新模式

實習教學活動中，高端儀器受實習場地和教學環境限制，以及雨雪天氣無法開展戶外測量實驗，再加上儀器設備數量、運行成本等原因，學生只能在規定的實習操作學時內操作儀器，且由于課時限制，學生在一次實習課中通常承擔角色單一，做重復操作，難以達到多角色練習反復練習的需求。引入計算機、虛擬仿真等現代技術，探討采用應用仿真實訓虛擬軟件輔助教學實習，從教學設計、教學準備、組織實施、效果評估等方面，開展課堂教學模式改革。通過重構課堂組織形式、整合運用教學資源、創新教學方法手段，將信息技術貫穿到具體課堂教學各環節，改變了以往單一的教學模式。在教學過程中運用信息化的教學手段，讓教學不再局限于課堂講述的方式，教師能夠更靈活生動的幫助學生鞏固和理解課堂知識，為教學模式改革提供新的可能。

應用虛擬仿真實訓輔助教學，能夠在課上為學生提供系統化的技能知識點串聯;課下為學生提供全天候的校內實習操作機會，剔除了以往學生實習的時間和空間限制，將理論與實習相融合，讓學生更好地掌握教學內容，熟悉技能實際應用需求，從主觀上提高學生的學習效率，提高學生崗位核心競爭力，為職業發展奠定良好的基礎。

四、結束語

近年來，隨著測繪技術的發展，測繪行業發生了天翻地覆的變化，新的測繪技術和測繪手段逐漸成為測繪產品生產的主流手段，在這樣一個新時代測繪背景下，對測量學這門課來說，既是機遇也是挑戰。測量學課程有其獨有的特點，再加上各工科院校測量學課程開設的普遍性、應用的廣泛性，都推動著測量學課程的建設和發展。

參考文獻：

[1]中國科學技術協會，中國測繪地理信息學會.2016-2017測繪科學技術學科發展報告[M].北京：中國科學技術出版社，2018.

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基金項目：中央軍委訓練管理部下達，軍事職業教育在線虛擬訓練課程建設項目“某型導彈裝填運輸在線虛擬訓練課程”（編號：2019101）

作者簡介：康紅霞（1980-），女，漢族，陜西榆林人，碩士，講師，獨立主講測量學課程教學十余年，研究方向：測繪、地面導航教學與科研。